광자결정의 제조 및 광 밴드갭의 조절은 차세대 스마트 디스플레이 및 다양한 광학 센서를 위한 기술로써 많이 연구되어 왔다. 광자결정의 다양한 유, 무기 빌딩 블록 중 블록공중합체는 자기조립을 이용하여 층상, 실린더, 자이로이드, 스피어 등의 나노구조체가 간단하고 빠르게 형성될 수 있으며 다양한 외부 자극을 이용하여 광 밴드갭 조절이 용이하다는 장점을 가진다. 가시광선 영역 내에서 광자결정의 구조색을 선택적으로 조절하기 위하여 다양한 유기용매를 사용하거나 혹은 ...
광자결정의 제조 및 광 밴드갭의 조절은 차세대 스마트 디스플레이 및 다양한 광학 센서를 위한 기술로써 많이 연구되어 왔다. 광자결정의 다양한 유, 무기 빌딩 블록 중 블록공중합체는 자기조립을 이용하여 층상, 실린더, 자이로이드, 스피어 등의 나노구조체가 간단하고 빠르게 형성될 수 있으며 다양한 외부 자극을 이용하여 광 밴드갭 조절이 용이하다는 장점을 가진다. 가시광선 영역 내에서 광자결정의 구조색을 선택적으로 조절하기 위하여 다양한 유기용매를 사용하거나 혹은 이온성 액체를 팽윤제로 사용하는 방법, 혹은 UV등을 이용하여 경화시키는 방법 등이 주로 사용되어 왔는데 이는 다양한 색상의 구조색을 한 필름 내에 나타낼 수 없을 뿐만 아니라 색상 형성에 긴 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한 비휘발성 정보 기록은 다양한 첨단 기술 및 고밀도 메모리를 위한 핵심 기술인데, 광자결정의 패터닝은 이러한 정보소재 분야에의 적용 가능성으로 인해 그 중요성이 대두되고 있다. 패터닝 사이즈가 미세할수록 고밀도 정보 저장이 가능하며 정보가 안정적으로 저장되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 블록공중합체 Polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP)의 자기조립을 이용하여 1차원 광자결정 박막을 제조하였다. 블록공중합체 광자결정 박막 제조 시 4차화 반응(Quaternization)을 거치는데, 이때 가교제로 사용되는 1,4-Dibromobutane의 양을 조절해 초기 구조색을 결정하고, 이후 열처리를 통해 열에너지를 가해주면 박막 내에 잔류하는 1,4-Dibromobutane이 추가적인 가교 반응을 일으킴에 따라 광자결정 박막의 구조색을 가시광선 영역 내에서 자유롭게 구현하였다. 이는 기존의 광 밴드갭 조절 방법에 비해 매우 간단하다. 광자결정 박막의 팽윤제로는 에탄올을 사용하였는데, 이를 통해 4차화된 친수성고분자 층인 QP2VP (Quaternized-P2VP)층을 선택적으로 팽윤시켜 도메인 간격을 변화시켜 가시광선 영역에서 구조색을 확인할 수 있다. 이와 같은 광자결정 박막을 광열(Photothermal) 특성을 가지는 고분자인 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT)박막 위에 형성하고 근적외선 레이저를 조사하는 방법으로 광자결정 박막의 패터닝을 구현하였다. 레이저의 세기 및 조사 속도 조절을 통해 한 박막 내에 R, G, B 등 여러 가지 구조색을 구현할 수 있었으며 패터닝은 수 초 내에 수 십 μm 크기로 가능했다. 이 때 패터닝된 광자결정은 팽윤되기 전 상태에서는 가시광선 영역에서 구조색이 나타나지 않으므로 투명하다가 팽윤되었을 때에는 국부적인 구조색을 보임을 가역적으로 반복할 수 있었는데, 이는 암호화 디스플레이 및 정보 저장 용도로서 광자결정 박막의 적용 가능성을 보여준다.
광자결정의 제조 및 광 밴드갭의 조절은 차세대 스마트 디스플레이 및 다양한 광학 센서를 위한 기술로써 많이 연구되어 왔다. 광자결정의 다양한 유, 무기 빌딩 블록 중 블록공중합체는 자기조립을 이용하여 층상, 실린더, 자이로이드, 스피어 등의 나노구조체가 간단하고 빠르게 형성될 수 있으며 다양한 외부 자극을 이용하여 광 밴드갭 조절이 용이하다는 장점을 가진다. 가시광선 영역 내에서 광자결정의 구조색을 선택적으로 조절하기 위하여 다양한 유기용매를 사용하거나 혹은 이온성 액체를 팽윤제로 사용하는 방법, 혹은 UV등을 이용하여 경화시키는 방법 등이 주로 사용되어 왔는데 이는 다양한 색상의 구조색을 한 필름 내에 나타낼 수 없을 뿐만 아니라 색상 형성에 긴 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한 비휘발성 정보 기록은 다양한 첨단 기술 및 고밀도 메모리를 위한 핵심 기술인데, 광자결정의 패터닝은 이러한 정보소재 분야에의 적용 가능성으로 인해 그 중요성이 대두되고 있다. 패터닝 사이즈가 미세할수록 고밀도 정보 저장이 가능하며 정보가 안정적으로 저장되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 블록공중합체 Polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP)의 자기조립을 이용하여 1차원 광자결정 박막을 제조하였다. 블록공중합체 광자결정 박막 제조 시 4차화 반응(Quaternization)을 거치는데, 이때 가교제로 사용되는 1,4-Dibromobutane의 양을 조절해 초기 구조색을 결정하고, 이후 열처리를 통해 열에너지를 가해주면 박막 내에 잔류하는 1,4-Dibromobutane이 추가적인 가교 반응을 일으킴에 따라 광자결정 박막의 구조색을 가시광선 영역 내에서 자유롭게 구현하였다. 이는 기존의 광 밴드갭 조절 방법에 비해 매우 간단하다. 광자결정 박막의 팽윤제로는 에탄올을 사용하였는데, 이를 통해 4차화된 친수성 고분자 층인 QP2VP (Quaternized-P2VP)층을 선택적으로 팽윤시켜 도메인 간격을 변화시켜 가시광선 영역에서 구조색을 확인할 수 있다. 이와 같은 광자결정 박막을 광열(Photothermal) 특성을 가지는 고분자인 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT)박막 위에 형성하고 근적외선 레이저를 조사하는 방법으로 광자결정 박막의 패터닝을 구현하였다. 레이저의 세기 및 조사 속도 조절을 통해 한 박막 내에 R, G, B 등 여러 가지 구조색을 구현할 수 있었으며 패터닝은 수 초 내에 수 십 μm 크기로 가능했다. 이 때 패터닝된 광자결정은 팽윤되기 전 상태에서는 가시광선 영역에서 구조색이 나타나지 않으므로 투명하다가 팽윤되었을 때에는 국부적인 구조색을 보임을 가역적으로 반복할 수 있었는데, 이는 암호화 디스플레이 및 정보 저장 용도로서 광자결정 박막의 적용 가능성을 보여준다.
Fabrication of photonic crystals(PCs) and photonic band gap modulation have been extensively studied as key technologies for next generation displays and sensors. PCs consisting of the periodic structural arrangement of different component and structural color(SC) of PCs originates from the interfer...
Fabrication of photonic crystals(PCs) and photonic band gap modulation have been extensively studied as key technologies for next generation displays and sensors. PCs consisting of the periodic structural arrangement of different component and structural color(SC) of PCs originates from the interference of light in a structure in which materials having different dielectric constants are periodically repeated. Among many building blocks of PCs, block copolymers (BCPs) spontaneously develop microstructures by phase separation and are a facile, cost-effective building block for PC fabrication. BCPs are additionally beneficial in that the position of the photonic band gap can be easily tuned via external stimuli. Recently, the patterning of photonic crystal is becoming more important due to its applicability to the field of information storage. Non volatile recording and writing of information is highly desirable for a variety of smart technologies including encryption, identification and sensing application. As demand for high density information storage has grows steadily, design of new media for optical recording is an important issue. In this research, SCs of 1D block copolymer (PS-b-P2VP) PC is selectively controlled within visible range via thermal energy based crosslinking density control and organic solvent based swelling of hydrophilic polymer layer. The position of the photonic band gap can be modulated through simple heat treatment. Moreover, by applying local thermal energy using photothermal polymer(PEDOT), μm scale patterning of PC thin film was realized. It was possible to display multicolor SC in one film and the pattern could be stably read with repeated swelling.
Fabrication of photonic crystals(PCs) and photonic band gap modulation have been extensively studied as key technologies for next generation displays and sensors. PCs consisting of the periodic structural arrangement of different component and structural color(SC) of PCs originates from the interference of light in a structure in which materials having different dielectric constants are periodically repeated. Among many building blocks of PCs, block copolymers (BCPs) spontaneously develop microstructures by phase separation and are a facile, cost-effective building block for PC fabrication. BCPs are additionally beneficial in that the position of the photonic band gap can be easily tuned via external stimuli. Recently, the patterning of photonic crystal is becoming more important due to its applicability to the field of information storage. Non volatile recording and writing of information is highly desirable for a variety of smart technologies including encryption, identification and sensing application. As demand for high density information storage has grows steadily, design of new media for optical recording is an important issue. In this research, SCs of 1D block copolymer (PS-b-P2VP) PC is selectively controlled within visible range via thermal energy based crosslinking density control and organic solvent based swelling of hydrophilic polymer layer. The position of the photonic band gap can be modulated through simple heat treatment. Moreover, by applying local thermal energy using photothermal polymer(PEDOT), μm scale patterning of PC thin film was realized. It was possible to display multicolor SC in one film and the pattern could be stably read with repeated swelling.
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